Оптични атенюаторизаемат особено място във влакнеста инфраструктура-устройства, проектирани специално за влошаване на производителността на сигнала. Основната предпоставка изглежда противоречаща на интуицията в индустрия, обсебена от минимизиране на загубите: умишлено въвеждане на вмъкнати загуби в предавателните пътища, където инженерите са прекарали десетилетия, елиминирайки всеки дробен децибел затихване. И все пак насищането на приемника остава постоянна оперативна реалност, особено при внедрявания с един-режим, където лазерни източници с висока-мощност рутинно надвишават входните прагове на фотодетектора с граници, които биха унищожили чувствителните APD елементи направо.
Проблемът с насищането, за който никой не говори
Спецификационните листове за оптични трансивъри изброяват максималната приемна мощност заедно с минималната чувствителност. Минимумът привлича цялото внимание по време на изчисленията на бюджета на връзката. Максималната приемна мощност си остава там тихо, обикновено около -3dBm до -1dBm за типични 10G SFP+ модули, чакайки да създаде проблеми, когато някой инсталира 40 km оптика на 2 km обхват.
Виждал съм точно този сценарий три пъти през последните осемнадесет месеца. Операторът на центъра за данни поръчва приемопредаватели с голям{1}}обхват, защото доставката получава отстъпка за количество. Техници ги инсталират на връзки между-сгради, които едва се простират на 500 метра. Мощността на изстрелване удря приемника с +2dBm. Връзката отказва да се установи. Всички предполагат, че трансивърът е дефектен.
Не е дефектен. Фотодиодът се заслепява.
Кодовете за грешки рядко помагат. Повечето фърмуери на превключватели отчитат "няма сигнал" или "прекъсната връзка" по идентичен начин, независимо дали приемникът вижда твърде малко светлина или твърде много. Опитните техници се научават да проверяват и двете условия. Всички останали сменят приемо-предавателите, докато някой случайно не грабне подходящ модул за достигане.
Атенюаторите решават това. 10dB фиксиран атенюатор от приемащата страна намалява +2dBm до -8dBm-безопасно в рамките на работния диапазон. Връзката установява. Проблемът изчезва. Решението струва около петнадесет долара.
Мултирежимът не се интересува
Струва си да се посочи изрично: многомодовата инфраструктура почти никога не изисква атенюатори.
VCSEL източниците в многомодовите трансивъри стартират може би -3dBm до 0dBm. Многомодовите приемници се справят удобно с -1dBm максимален вход. Математиката не създава сценарии за пренасищане при нормални условия. Дори директните пач връзки между съседни портове - конфигурации с абсолютни минимални загуби - остават в приемливи граници.
Единичният-режим е мястото, където живеят проблемите. DFB лазери, изтласкващи +3dBm, изстрелват мощност във влакна, проектирани за 80 км разстояния на предаване. Разположете тази оптика през 50-метрова кръстосана връзка и приемникът няма шанс.
Капанът за обратна загуба
Атенюаторите за -загуба на пропуски са евтини. Те също са проблематични по начини, които цената им не отразява.
Принципът на работа е елегантен: създайте въздушна междина между краищата на влакното, позволете на лъча да се разклони, съберете само част от тази разсеяна светлина в приемащото влакно. Постигнато затихване. Проста физика.
Физиката също създава френелови отражения в тези въздушно-стъклени интерфейси. Светлината отскача обратно към източника. В централна станция за CATV, работеща с аналогово видео, тези отражения се проявяват като призраци. В лазерна кухина на DFB те причиняват прескачане на режима и влошаване на ширината на линията. В EDFA те могат да задействат паразитно излъчване, ако отразената мощност е достатъчна.
Прекарах един следобед в отстраняване на неизправности при периодични пикове на BER на DWDM обхват, където някой беше инсталирал атенюатор за загуба-на загуба, без да провери спецификациите за загуба на връщане. Самият атенюатор измерва фино-правилна загуба на вмъкване, правилна стойност на затихване, механична здравина. Но неговата обратна загуба беше 14 dB. Лазерът на предавателя беше нещастен, около 4% от мощността му се връщаше обратно в кухината при всеки импулс.
Замених го с атенюатор с-оптични влакна. Проблемът изчезна.
За приложения с един{0}}режим-особено всичко, което работи с кохерентна модулация или високи символни скорости-спецификациите на обратната загуба са по-важни от стойността на затихване, отпечатана върху корпуса. Минимум 45dB възвратна загуба за сериозни внедрявания. 55dB или по-добре, ако работите с нещо над 100G.
Фиксирана срещу променлива: Фалшива икономика
Фиксираните атенюатори струват пет до двадесет долара в зависимост от типа и качеството на съединителя. Променливите атенюатори започват от около петдесет долара за типове ръчни настройки и бързо се изкачват оттам.
Инстинктът е да се купуват фиксирани стойности, отговарящи на изчислените изисквания. 7dB фиксиран атенюатор струва по-малко от променлива единица. Защо да плащате допълнително за регулируемост, от която нямате нужда?
Защото сте изчислили грешно.
Или защото спецификациите на трансивъра бяха оптимистични. Или защото пач панелът добавя неочаквана загуба. Или защото някой е разменил маршрутите на влакна по време на прозорец за поддръжка и никой не е актуализирал документацията. Или защото първоначалният бюджет за връзки предполага конектори, които всъщност не са инсталирани.
Наблюдавал съм техници да подреждат фиксирани атенюатори-5dB и 3dB, свързани заедно-като се опитват да приближат затихването, което връзката им действително изисква. Каскадните отражения от множество устройства с въздушна-пролука усложняват проблема със загубата на връщане, описан по-горе. Два евтини атенюатора, работещи по-лошо, отколкото един подходящ променлив модул.
Променливите атенюатори имат смисъл за тестване и пускане в експлоатация. Набирате точно необходимото затихване, проверявате производителността на връзката, след което по избор заменяте с фиксирана единица, съответстваща на тази измерена стойност. За постоянни инсталации, където бюджетът за оптична мощност е добре-характеризиран и стабилен, фиксираните атенюатори са добри. За всичко останало променливите единици печелят своята премия за разходите чрез оперативна гъвкавост.
Където MEMS промени всичко
Традиционните променливи атенюатори използват механични механизми-въртящи се филтри с неутрална плътност, регулируеми въздушни междини, блокиращи елементи, преместени в пътя на лъча. Тези работиха. Те също се отклоняваха, износваха се, изискваха повторно калибриране и реагираха бавно на командите за настройка.
Базираните на MEMS-променливи оптични атенюатори замениха цялата тази сложност с микроогледало. Електростатично задействани, времена за реакция под-милисекунди, без повърхности на механично износване, незначителна поляризационна зависимост. Технологията се разви бързо през ерата на изграждане на DWDM, когато доставчиците на оборудване имаха нужда от изравняване на мощността на-канал във вериги от оптични усилватели.
MEMS VOA вътре в EDFA не е там, за да предотврати насищането на приемника. Той е там, за да изравнява наклона на усилване-като гарантира, че каналите при 1530nm няма да излязат от усилвателя с 3dB по-силни от каналите при 1560nm просто защото спектърът на усилване на ербия не е плосък. Четиридесет или осемдесет от тези устройства, по едно на дължина на вълната, регулиращи се непрекъснато, когато се променя натоварването на канала.
Алтернативата бяха филтрите-изравняване на печалбата. Пасивни, селективни-дължини на вълната, фиксирани профили на затихване, съответстващи на обратната на очакваната форма на усилване. Те работят прекрасно, когато зареждането на канала е статично. Когато клиентите динамично добавят и намаляват дължини на вълните, формата на усилването се променя и фиксираните филтри не могат да компенсират.
MEMS VOA направиха реконфигурируемите оптични мрежи търговски жизнеспособни. Това не е преувеличено. Без динамично-управление на мощността на канала, ROADM архитектурите биха създали неуправляеми несъответствия в съотношението-към-шум в зависимост от дължината на вълната-.
Течен кристал: Пътят, който не е поет
Променливите атенюатори с течни кристали се появиха като конкурентна технология на MEMS. Никакви движещи се части-затихване, контролирано от напрежение{2}}предизвикани промени на двойното пречупване в LC материала. По-бърза реакция от механичните подходи, без износващи се механизми, надеждност в-твърдо състояние.
Намериха ниши. Лабораторна апаратура. Определени специализирани приложения. Те никога не са изместили MEMS в масовите внедрявания на телекомуникациите.
Температурната чувствителност ги уби за полеви приложения. Свойствата на LC материала се променят с температурата, което изисква компенсационни вериги и често повторно калибриране в среда без контрол на климата. Условията в центъра за данни са управляеми; външни заграждения за растения, които изпитват -40 градуса през зимата и +50 градуса през лятото не са.
Вмъкнатата загуба също беше по-висока от алтернативите на MEMS. Половин dB тук, три-от dB там-се натрупва в системи, където всяка десета от dB има значение за OSNR.
Разположението е по-важно от спецификацията
Атенюаторите принадлежат към края на приемника на връзката. Не края на предавателя. Не някъде по средата.
Това не е произволно. Поставянето на затихване в приемника служи на две цели отвъд очевидното предотвратяване на насищане: всякакви отражения от собствените интерфейси на атенюатора се отслабват по обратния им път към източника и измерванията на мощността в приемника остават ясни-измервате преди атенюатора, след атенюатора, готово.
Поставете атенюатора в края на предавателя и не сте постигнали нищо за управление на загубите при връщане. Всеки конектор и снаждане надолу по веригата допринася за отражения, които достигат източника с пълна амплитуда. Атенюаторът блокира мощността напред, но не прави нищо за-разпространяващата се назад светлина, която никога не е била отслабена.
Срещал съм инсталации, при които някой е поставил атенюатори непосредствено след предавателя, "за да предпази влакното" от прекомерна мощност. Влакното не се нуждае от защита от няколко миливата. Приемниците имат нужда от защита. Поставянето нямаше оптичен смисъл, но продължи през множество цикъла на поддръжка, защото беше документирано и никой не постави под въпрос документираната практика.
Реалности на калибрирането
В опаковката на атенюатора пише 10dB. Действителното затихване може да бъде 9,7 dB. Или 10,4dB. Или 11,2 dB в зависимост от дължината на вълната, температурата и доколко производителят се грижи за съответствието със спецификациите.
За повечето приложения тази граница на толерантност е без значение. Имате нужда от приблизително 10 dB затихване, за да приведете мощността на приемника в обхват. Независимо дали постигате 9,5 dB или 10,5 dB, това не влияе върху жизнеспособността на връзката.
За прецизни приложения-тестването за приемане, измерванията на OSNR, характеризирането на усилвателя-точността на атенюатора е от голямо значение. Променливите атенюатори от висок клас от доставчици на тестово оборудване включват хиляди точки за калибриране, картографиращи действителното затихване към настройките на циферблата за множество дължини на вълните и нива на мощност. Инструментите струват съответно.
Използвал съм програмируем атенюатор на стойност $15 000 за характеризиране на чувствителността на приемника. Точността на затихване беше ±0,05dB в обхвата C-с резолюция 0,01dB. Тази прецизност е необходима, когато измервате дали чувствителността на приемника е -28.0dBm или -28.3dBm. Това е абсурдно прекаляване за предотвратяване на насищане в производствена връзка.
Свържете инструмента с приложението. Не поставяйте лабораторни атенюатори-в пач панелите. Не отстранявайте неизправности в DWDM системи с атенюатори от изгодния кош.
Молив Wrap
Уикипедия споменава увиването на влакна около молив като временен метод за отслабване. Това се появява понякога при отстраняване на неизправности на място, когато не са налични подходящи атенюатори.
Работи, донякъде. Индуцираното-затихване е истинска физика. Плътните завои натискат светлината в облицовката, намалявайки предаваната мощност.
не прави това
Затихването е непредвидимо-в зависимост от радиуса на огъване, броя на обвивките, типа на влакното и дължината на вълната. Нестабилно е-влакното се отпуска, затихването се променя. Това е разрушително-повтарящото се напрежение счупва стъклото. Той въвежда свързване на режими в многомодово влакно, като се забърква с условията на стартиране по начини, които влияят на точността на измерване.
Ако някой увие влакно около молив, за да накара връзката да работи, това е знак да спрете и да придобиете подходящо оборудване. Това не е решение. Това е отчаяние, документирано като техника.
Какво се променя с 400G и след това
По-високите символни скорости повишават чувствителността към загуба на връщане. Фазовият шум от обратно-отразената мощност е по-важен при 64-QAM, отколкото при OOK. Спецификациите на обратната загуба на атенюатора, които бяха приемливи за 10G, стават проблематични при 400G.
Кохерентните DSP приемници имат по-широк динамичен обхват от приемниците с директно{0}}откриване, което намалява някои проблеми с насищането. Оптичната обработка на сигнала, която позволява кохерентно откриване, също така осигурява по-голяма толерантност към вариации на мощността. Това не премахва необходимостта от атенюатори-то измества профила на приложението.
Интегрирането на силициева фотоника поставя функционалността на VOA на-чип в дизайна на трансивърите. Ако предавателят включва интегриран променлив атенюатор, външното затихване става ненужно за някои сценарии на внедряване. Самият трансивър регулира мощността на изстрелване, за да отговаря на изискванията на връзката.
Тази интеграция няма да премахне пазара на външни атенюатори. На старото оборудване липсва интегриран контрол на мощността. Тестовите приложения изискват калибрирано външно затихване. Модернизираните инсталации се нуждаят от решения, които не изискват смяна на трансивъра.
Но балансът се измества. Продължават да са необходими-вградени атенюаторни модули; тяхното навлизане на пазара се променя с увеличаването на интелигентността на трансивъра.
Честна оценка
Атенюаторите не са сложни устройства. Те намаляват оптичната сила. Физиката е ясна. Опциите за внедряване са добре-разбрани.
Усложненията възникват от контекста на внедряване: избор на подходящи стойности на затихване без адекватни измервания на мощността, избор на технологии за атенюатор, които не отговарят на изискванията на приложението, поставяне на устройства в позиции, които не адресират действителните проблеми, приемане на спецификации за загуби при връщане, които създават нови проблеми, докато решават стари.
Всяка инсталация на атенюатор е признание, че нещо друго в дизайна на връзката не отговаря на оперативната реалност. Приемникът е твърде чувствителен за мощността на предавателя. Обхватът е твърде малък за оптичните спецификации. Зареждането на канала се различава от първоначалните предположения за проектиране.
Атенюаторите покриват тези несъответствия. Те го правят ефективно, евтино и надеждно, когато са правилно избрани. Не са елегантни. Те са прагматични.
В производствените оптични мрежи прагматичните решения, които работят, побеждават елегантните решения, които не работят. Атенюаторите работят.
